JPS5847670B2 - デンアツケンシユツカイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流高電圧の検出回路であって光電結合素子に
より入力高圧側と出力低圧側を物理的に電気絶縁し、し
かも出力電圧の値は入力電圧の値に比例して変化するこ
とを可能ならしめる電圧検出回路に関するものである。

第１図は従来のものの回路図で直流変成器３を使用した
ものである。

入力電圧Ｅ１は抵抗１及び２により電流に変換されそれ
は直流変成器３により交流電源４及び整流用ダイオード
５に接続された交流巻線に巻数比に応じて流れる。

この電流は出力抵抗３３に流れその両端にＥ。

なる電圧を発生する。

この電圧は入力電圧Ｅ１に比例することを利用したもの
であるが出力電圧Ｅ。

の入力電圧Ｅ１に対する時間応答が遅いこと、直流変成
器そのものの製作には多犬な費用がかかること、直流変
成器３の容積の第２図の回路に比べて非常に大きくこれ
を使用した装置全体が大きくなる欠点がある。

第２図も従来のものの電圧検出を示す回路図で直流差動
増巾器１４を使用した回路を示す。

入力電圧Ｅ１は抵抗６，７，８で電圧分担されその電圧
は直流差動増巾器１４の入力演算抵抗９，１０，１１，
１２に加えられフィードバック抵抗１３の作用によりそ
の出力にはＥ。

なる電圧を生ずる。

この出力電圧Ｅ。は入力電圧Ｅ１に比例するというもの
である。

この回路では直流差動増巾器１４そのものが小さいため
装置全体は小さくなること、及び出力電圧Ｅ。

の入力電圧Ｅ１に対する時間応答は非常に速いことなど
第１図の回路に比べれば改良されてはいるが入力電圧Ｅ
１は抵抗分圧により取り出されているため人力電圧Ｅ１
が高電圧であればその電圧が制御回路に侵入する恐れも
あり得る。

また直流差動増巾器１４は入力端子が図中の（→，（−
＋−）の２つあるためそれに接続されているインピーダ
ンスの整合をとらねばその出力電圧Ｅ。

には誤差電圧を生ずる。このインピーダンス整合は設定
時のみならず温度、湿度等の変化により変わることは許
されず困難とされている。

本発明は前述のような従来の欠点を解決するために考え
られたもので入力電圧Ｅ，と出力電圧Ｅ。

が比例して変化することはもちろん、入力電圧側と出力
電圧側とが物理的に電気絶縁されている回路でしかも出
力電圧の入力電圧に対する時間応答は非常に速い電圧検
出回路を提供することを目的とするものである。

以下本発明の実施例に基づいて詳述する。

第３図は本発明の電圧検出回路を示す一実施例の回路で
入力電圧Ｅ，は抵抗１５及び光ダイオード１７の直列回
路に接続される。

検出電圧出力側には直流増巾器１４、演算用フィードバ
ック抵抗１９が光トランジスタ１８のベースＢに接続さ
れている。

直流増巾器１４の入力端子は２つあり図示（→（力に示
すもので（→端子の電位が（イ）端子の電位より高い時
にはその出力Ｅ。

は負電圧を発生しその逆の場合は正電圧を発生するもの
である。

今この入力端子の内（イ）端子は零電位に接続し（１端
子はその入力インピーダンスを高めるためエミツタホロ
ア接続された光トランジスタ１８及び抵抗２０の接続点
に接続する。

光トランジスタ１８のコレクタＣは正極電源へ抵抗２０
の一端は負極電源へ接続する。

ここで光ダイオード１１は電流を流すと発光する半導体
素子の総称である。

また光トランジスタ１８はベースＢが受光することによ
りベース電流が流れてそのコレクタ電流Ｉｃを制御する
機能を持った光トランジスタの総称である。

これらの光ダイオード１７及び光トランジスタ１８は１
つのケースに納められ光電結合素子１６として１つの電
子部品を構戒することもある。

従って光トランジスタ１８の電流制御は光ダイオード１
７の通電々流を制御することにより可能となる。

第４図は光電結合素子１６の静特性図即ち横軸には光ト
ランジスタ１８のコレクタＣ、エミツタＥ間の電圧ＶＣ
Ｅ１縦軸にはコレクタ電流Ｉｃをとり、光ダイオード１
７の電流をパラメータとした時の特性図である。

この特性は普通のトランジスタの？特性と同じである。

ここで特に注目せねばならぬことは光ダイオード１７と
光トランジスタ１８は光で結合されているため電気的に
は全く絶縁されていることである。

即ち光トランジスタが受光し制御する範囲に於いてこれ
らの２つの結合素子は距離をいくらでも離すことができ
電気的絶縁耐圧はますます増加することがわかろう。

では第３図にもどって入力電圧Ｅ１が印加されて流れる
電流１１と入力電圧Ｅ１の関係を調べてみる。

第５図を参照して横軸に電圧を縦軸にその電圧によって
流れる電流の関係を示す図とすればダイオード１７に流
れる電流とその両端の電圧の関係は図中２１の曲線で表
わされ、また抵抗１５に流れる電流とその両端の電圧の
関係は直線的であり図中２２の如くなる。

今電流１１の時の入力電圧Ｅ１を求めるには図中で光ダ
イオード１７の電圧降下はｅであるからこの電圧を抵抗
Ｒ１の電流１１Ｒが流れた時に生ずる電圧に加算してや
れば出力電圧Ｅ１はＶとなる。

これを全範囲に求めれば図中破線２３となる。

従ってこれが入力電圧Ｅ１と入力電流ｉ１の関係となる
。

従って入力電圧Ｅ１と入力電流ｉ，は完全な比例関係で
はないが入力電圧Ｅ１の値が光ダイオード１７による電
圧降下ｅの値と比べてＥ１〉ｅの時にはｅは無視でき入
力電圧Ｅ１と入力電流ｉ１の関係は直線とみなせる。

実際の回路に於いてもｅ ＝ ０． ５ Ｖ位Ｅ１は数
百■にも達するため上述の関係は充分成立するので以後
入力電圧Ｅ１と入力電圧１１は完全比例するとして説明
する。

第３図に於いて光トランジスタ１８のベースＢは２つの
入力電流が流れる。

即ち一つは光ダイオード１７に流れる電流ｉ１の発光に
よる発光量に比例した光トランジスタ１８のベースに流
れ込む電流１１′でありｉ１’−Ｋｉｌ （Ｋは比例定
数）の関係を持った電流であり他の一つのフィードバッ
ク抵抗Ｒ２より流れる電流１２である。

これらの２つの電流は互に打ち消されるように極性は逆
である。

即ち光ダイオード電流に相当する電流１１ノが増加すれ
ば光トランジスタ１８のベース電流が流れ導通開始する
ためエミツタＥの電位は上がろうとする。

直流増巾器１４の（→端子には（イ）端子に対して正電
位が加わろうとするためその出力電圧Ｅｏは負電圧を発
生する。

この負電圧は抵抗Ｒ２を通して光トランジスタ１８のベ
ースＢを引っぱるためベースＢの電位は下がる。

これらの作用は直流増巾器１４の増巾度が非常に大きい
ためその入力端子（ヘ）（ト）間の電圧が非常に小さく
なって安定状態となる。

この時光トランジスタ１８のベースＢの電位はベースＢ
とエミツタＥの電圧降下分十ＶＢＥでありこれは出力電
圧Ｅ。

に誤差を生ずる。しかし今かりにＶＢＢ＝ｏと仮定する
と光トランジスタ１８のベースＢの電位も零に近くなり
またベースＢより見たインピーダンスは非常に犬である
ため流入する電流は上述１１’ ｙ １２電流に比べて
無視すると次の式が成立する。

となって入力電圧ｔ；と出力電圧Ｅ。

の関係は抵抗１５及び１９の抵抗値Ｒ１，Ｒ２及び光ダ
イオード電流と光トランジスタベース電流の変換係数Ｋ
により決定されその極性は入力電圧Ｅ１の正電圧に対し
負電圧となる。

このようにして入力電圧Ｅ１は絶縁されしかも光電結合
素子１７と直流増巾器１４の時間応答速度によって決ま
る非常に速い時間応答で電圧検出されることがわかる。

第３図では光トランジスタ１８のベースＢ１ エミツタ
Ｅの間の電圧ＶＢＥを零としたがこれが出力に影響し誤
差となるためこれをなくすために第６図に示すような回
路とする。

即ち直流増巾器１４の入力端子の（田側に図示の極性で
ダイオード２６を接続し該ダイオード２６のアノードＡ
側は零電位へカソードＫ側は抵抗２７を通して負電源へ
接続する。

しからばダイオード２６には一定電流が流れて図示の極
性を生じるため（イ）端子側にはその電圧降下分ＶＢＥ
’が負電圧として印加される。

今光トランジスタ１８のベース、エミツタ電圧降下ＶＢ
Ｅとの関係をＶＢＥ−ＶＢＥ’となるようダイオード２
６を選定すればこれらの電圧降下による誤差は全く補償
されることになる。

第６図中抵抗２４及び可変抵抗２５は第５図で電圧ｅの
み偏奇された値を外部電圧を印加しバイアスすることに
より修正する回路をも備えている。

しかしながら光トランジスタ１８の電圧降下ＶＢＥ及び
ダイオード２６の電圧降下ＶＢＥ’は必ずしも同じもの
があるとは言えずまた湿度変化によりその特性は変化す
る。

今これらの変化値を△ｅ一ＶＢＥ ＶＢＥ’とし考え
やすくするため光ダイオードと光トランジスタベース電
流の電流変換数Ｋ（前述のもの）をＫ＝１としｉｌ’＝
ｉｌとして等価回路を描けば第７図の如くなる。

第７図中に描かれている部品は全て前述したものと同２
のものである。

直流増巾器１４は前述の如く増中度が非常に太きいため
その入力端子門田間の電圧は非常に小さく零と仮定する
。

また（→端子の入力インピーダンスは一般に抵抗１５，
抵抗１９に比べ非常に大きいので流入電流＋ ３ ＝
Ｏとす右ば次の式が成立する。

但し抵抗１５．１９の値を夫々Ｒ１及びＲ２とする。

（４）式において右辺第ｌ項は理想的な増巾をした時の
関係式であり第２項は誤差電圧△ｅによる出力電圧Ｅｏ
の誤差を示す。

第２項に於いて入力電圧Ｅ１は出力電圧Ｅｏに比べて太
きいためその演算抵抗値Ｒ， ， Ｒ２はＲ１，＞Ｒ２
であり従って出力電圧Ｒ Ｅｏの誤差は（ １ ＋＜ ）△ｅ中△ｅとなり△ｅは
出力電圧Ｅｏに比べ無視し得る値の場合が多いため第６
図の回路は実用的回路となる。

尚、上述の説明から明らかなように、ダイオード２６は
光電素子であるトランジスタ１８のベース・エミツタ間
電圧降下を補償する補償回路を構威している。

以上は入力電圧Ｅ１が正電圧の検出のみを示したが正負
とも検出可能な回路を第８図に示す。

第８図では光結合素子１６のみならず光結合素子２８を
追加した点にある。

光ダイオード２９は光ダイオード１７とは逆並列に接続
されている。

光トランジスタ１８のエミツタが直流増巾器１４の（ハ
）入力端子に接続されているのに対し光トランシスタ３
０のエミツタＥは（力入力端子に接続され夫々の光トラ
ンジスタのベースに電流を流した時直流増巾器１４の出
力電圧Ｅｏは光トランジスタ１８が導通すれば負電圧を
光トランジスタ３０が導通すればその出力電圧Ｅｏは正
電圧を発生する。

従って入力電圧Ｅ１の極性が正負のいずれでも光ダイオ
ード１７又は２９が導通ずるのでその出力電圧Ｅｏは両
極性の電圧を発生し第９図の直線３２の特性となるので
交番入力に対しても検出可能となる。

第９図に於いて横軸は入力電圧Ｅ１、縦軸は出力電圧Ｅ
ｏを示す。

以上の如く本発明によれば高電圧の検出を完全に電気絶
縁し入力電圧に比例した値でしかも時間応答の速い出力
電圧を安定して得ることが可能な電圧検出回路を得られ
る効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の電圧検出回路図であり第１図
は直流変成器を使用した回路を示し第２図は直流差動増
巾器を使用した回路の一例を示す。 第３図は本発明の基本動作を示す一実施例の説明回路図
、第４図は第３図中に使用されている光電結合素子１８
の静特性曲線、第５図は第３図中の検出電圧Ｅ，と入力
電流１１の関係を示す特性図、第６図は本発明に於ける
第３図の回路に光電結合素子１６内のトランジスタ１８
のベース．エミッ夕間電圧ＶＢＢによる出力電圧Ｅｏの
誤差をダイオード２６によって補正した回路図、第７図
は第６図の補正ダイオード２６の電圧降下ＶＢＥ’が混
度、その他の影響により変化した時に出力電圧Ｅｏに影
響する割合を計算するため直流増巾器を使用した演算回
路として等価に考えた回路図、第８図は入力電圧Ｅ１の
極性にかかわらず電圧の検出を可能ならしめた本発明の
他の一実施例を示す回路図、第９図は第８図の回路によ
り得られる入力電圧Ｅ１、及び出力電圧Ｅｏの関係を示
す特性図である。 なお図中同一又は相等部分は同一符号を以て示した。 Ｅ１・・・・・・被測定電圧、ＥＯ・・・・・・出力電
圧、１４・・・・・・直流差動増巾器、１５（Ｒ１），
１９（Ｒ２）２０，３１・・・・・・抵抗器、１６・・
・・・・光電結合素子、１７，２９・・・・・・光ダイ
オード、１８，３０・・・・・・光トランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定電圧に応じた光を発生する少なくとも一つの
   光ダイオード、エミツタホロア接続され上記光ダイオー
   ドの光を受光する光トランジスタ、入力側は上記光トラ
   ンジスタのエミツタ出力側に接続され且つ出力側は帰還
   インピーダンスを介して上記光トランジスタのベース極
   に接続される直流増巾器を備えたことを特徴とする電圧
   検出回路。 ２ 被測定電圧に応じた光を発生する少なくとも一つの
   光ダイオード、エミツタホロア接続され上記光ダイオー
   ドの光を受光する光トランジスタ、入力側は上記光トラ
   ンジスタのエミツク出力側に接続され且つ出力側は帰還
   インピーダンスを介して上記光トランジスタのベース極
   に接続される直流増巾器、上記直流増巾器の入力側に設
   けられ上記光トランジスタの順方向電圧降下を補償する
   補償回路を備えたことを特徴とする電圧検出回路。 ３ 被測定電圧に応じた光を発生し且つ逆並列に設けら
   れた少なくとも１組の光ダイオード、エミツタホロア接
   続され上記１組の光ダイオードの光をそれぞれ受光する
   少くとも一組の光トランジスタ入力側は上記一組の光ト
   ランジスタのエミツタ出力側にそれぞれ接続され且つ出
   力側は帰還インピーダンスを介して上記一組の光トラン
   ジスタのうちいずれか一方のベース極に接続される直流
   増巾器を備えたことを特徴とする電圧検出回路。